Les chercheurs ont développé un patch à micro-linge auto-alimenté pour surveiller une gamme de biomarqueurs de santé sans prendre de sang ni s'appuyer sur des batteries ou des dispositifs externes. Dans les tests de preuve de concept avec une peau synthétique, les chercheurs ont démontré que les patchs pouvaient prélever des échantillons de biomarqueurs sur des périodes allant de 15 minutes à 24 heures.
« Les biomarqueurs sont des indicateurs mesurables des processus biologiques, qui peuvent nous aider à surveiller la santé et à diagnostiquer les conditions médicales », explique Michael Daniele, auteur correspondant d'un article sur les travaux. «La grande majorité des tests de biomarqueurs conventionnels repose sur la prélèvement des échantillons de sang. En plus d'être désagréable pour la plupart des gens, les échantillons de sang posent également des défis pour les professionnels de la santé et les développeurs de technologies. C'est parce que le sang est un système complexe, et vous devez éliminer les plaquettes, les globules rouges, etc. avant de pouvoir tester le fluide pertinent.
« Le patch que nous avons développé utilise des micro-aiguilles pour échantillonner le liquide qui entoure les cellules dans les couches dermiques et épidermiques juste en dessous de la couche supérieure des cellules qui composent votre peau », explique Daniele, professeur de génie électrique à l'état NC et dans le département conjoint de lampe de génie biomédical à NC State et à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. « C'est ce qu'on appelle le liquide interstitiel dermique (ISF), et il contient presque tous les mêmes biomarqueurs trouvés dans le sang. De plus, ISF fait un échantillon` `plus propre '' – il n'a pas besoin d'être traité comme le fait le sang avant de le tester. Essentiellement, il rationalise le processus de test des biomarker. »
Plus précisément, Daniele et ses collaborateurs ont fabriqué un patch à micro-aiguilles entièrement passif qui ne dépend pas des batteries ou des sources d'énergie externes pour prélever ou stocker des échantillons ISF. Voici comment cela fonctionne.
Le patch se compose de quatre couches: un « logement » en polymère – qui est effectivement la partie du patch que vous pouvez voir; une couche de gel; une couche de papier; et les micro-aiguilles elles-mêmes. Les microseedles sont faits d'un matériau qui gonfle lorsqu'il touche l'ISF. L'ISF évoque le micro-aire – comme de l'eau à travers une serviette en papier – jusqu'à ce qu'il entre en contact avec le papier. Lorsque le papier commence à absorber l'ISF, le liquide entre en contact avec le gel qui est de l'autre côté du papier. Ce gel contient une concentration élevée de glycérol. Le déséquilibre du glycérol entre le gel et l'ISF crée une pression osmotique qui tire plus d'ISF à travers le papier jusqu'à ce que le papier soit saturé.
Le papier est l'endroit où l'ISF est stocké. Lorsque vous enlevez le patch, vous retirez la bande de papier et analysez l'échantillon. «
Michael Daniele, professeur de génie électrique, État de la NC
Les chercheurs ont testé le patch sur deux modèles de peau synthétiques.
« Cela a bien fonctionné », dit Daniele. « Les patchs collectés mesurables entraînent aussi peu que 15 minutes et étaient capables de stocker les échantillons de biomarqueurs pendant au moins 24 heures. »
Pour les tests de preuve de concept, les chercheurs ont surveillé le cortisol – qui est un biomarqueur du stress qui fluctue au cours de la journée.
« Cela signifie que c'est quelque chose que les gens peuvent vouloir surveiller plusieurs fois par jour sans avoir à prélever du sang à plusieurs reprises », explique Daniele. « Et il n'y a aucune raison que le patch ne fonctionnerait pas pour de nombreux biomarqueurs trouvés dans l'ISF. »
Un autre aspect attrayant des patchs est qu'ils sont fabriqués à partir de matériaux relativement bon marché qui sont largement disponibles.
« Le coût le plus élevé des patchs serait de fabriquer les micro-escomes, mais nous pensons que le prix serait compétitif avec les coûts associés aux tests sanguins », explique Daniele. « Prendre du sang nécessite des flacons, des aiguilles et – généralement – un phlébotomiste. Le patch ne nécessite aucune de ces choses. »
Les chercheurs ont déjà commencé des tests humains avec les patchs et développent des dispositifs électroniques pour « lire » la bande de papier à partir du patch Microneedle.
« Nous avons déjà développé un appareil électronique qui peut » lire « les niveaux de cortisol à partir de la bande de papier et travaille sur un autre appareil qui évalue un biomarqueur différent », explique Daniele.
« Nous recherchons maintenant des partenaires de l'industrie sur deux fronts. Nous aimerions parler avec les entreprises dans l'espace de diagnostic pour explorer des applications supplémentaires, et nous aimerions également parler avec des partenaires potentiels de l'échelle de la production. »
L'article, «Conception et caractérisation d'un système microfluidique microfluidique auto-alimenté pour l'échantillonnage de liquide interstitiel», est publié en plein air dans la revue Laboratoire sur une puce. Les co-auteurs sont Christopher Sharkey, un doctorat. étudiant à NC State; Angélica AROCHE, un doctorat. Étudiant dans le Département de génie biomédical de Lampe, de l'État de NC et de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill; et Isabella Agusta, étudiante de premier cycle dans le département conjoint de l'ingénierie biomédicale. Les co-auteurs sont Hannah Nissan, étudiante diplômée à NC State; Tamoghna Saha et Sneha Mukherjee, ancien doctorat. étudiants de NC State; Michael Dickey, Camille et Henry Dreyfus professeur de génie chimique et biomoléculaire à NC State; Orlin Velev, S. Frank et Doris Culberson ont distingué le professeur de génie chimique et biomoléculaire à NC State; et Jack Twiddy, chercheur postdoctoral du département conjoint de l'ingénierie biomédicale.
Ce travail a été réalisé avec le soutien du Center for Advanced Systems of Systems of Sensors and Technologies (ASSID) de la NC State Institute for Connected Sensor Systems, du Fonds d'innovation du chancelier à NC State et semi-NBMC sous Grants NB18-21-26 et NB18-24-38.
Daniele est officier et fondateur de Dermisense, Inc. (Cary, NC), qui commercialise les technologies basées sur Microoneedle.
